Nowinki techniczne
Ultraszybki mikroskop umożliwiający obserwację elektronów
Elektron to niezwykle mała cząstka elementarna. Jego obserwacja nastręcza wielu trudności ze względu na to, że porusza się z olbrzymią prędkością. Do przyglądania się niewielkim obiektom służą, jak wiadomo, mikroskopy. W tym przypadku jednak zwykłe optyczne urządzenie oczywiście nie wystarczy, potrzeba znacznie bardziej wyrafinowanego, jak mikroskop elektronowy. Naukowcy z University of Arizona poszli jeszcze dalej – postanowili z takiego mikroskopu zrobić kamerę, i to nie byle jaką. Skonstruowany przez nich ultraszybki mikroskop elektronowy oświetla badany obiekt z niewiarygodną rozdzielczością czasową kilku trylionowych części sekundy (1 attosekunda = 10 –18s). Taka szybkość pozwala uzyskać obraz zamrożony w czasie, trochę jak klatka zwykłego filmu pokazującego lecący pocisk. Inżynierowie wykorzystali do tego technologię nagrodzoną Noblem z fizyki w 2023 r. Umożliwiło to „sfilmowanie” po raz pierwszy elektronów w ruchu nie jako rozmazanej chmury, ale jako pojedynczych cząstek. Wdrożenie metody pozwoli na prowadzenie badań nad szybkimi reakcjami chemicznymi i biochemicznymi dzięki obserwacji ruchu elektronu w czasie rzeczywistym.
Nowy model elektrody do badań mózgu
Badania czynnościowe mózgu oznaczają niejednokrotnie umieszczenie w określonym jego regionie niewielkich elektrod. Wymaga to wielkiej precyzji i może zagrażać zdrowiu pacjenta. Tego typu zabiegi obciążone są ryzykiem infekcji, krwawienia śródmózgowego, obrzęku czy wycieku płynu mózgowo-rdzeniowego. Warto się przyjrzeć rozwiązaniu zaproponowanemu przez uczonych z Narodowego Uniwersytetu Seulskiego w Korei Południowej. Opracowali oni prototyp elektrody, której implantacja nie wiąże się z inwazyjną operacją w obrębie czaszki.
Elektroda stworzona przez Koreańczyków ma formę zbliżoną do małego namiotu i wprowadza się ją na powierzchnię mózgu przez niewielki otwór w czaszce. Przed tym zabiegiem można ją łatwo złożyć, a ponieważ powstała z polimeru zachowującego pamięć kształtu, po wsunięciu przez otwór powraca do pierwotnej formy. W strukturę polimeru wbudowano nanometrowe nieorganiczne biodegradowalne czujniki służące do badań czynności mózgu. Wstępne testy kliniczne wykazały pełną funkcjonalność całego systemu. Zespół elektrod rozkłada się bez śladu po pewnym czasie, wystarczającym do przeprowadzenia badań. Zespół prof. Seung-Kyun Kanga uważa, że ten typ elektrody da się wykorzystywać do stworzenia prostego systemu interfejsu mózg–komputer.
Mikrobateria dla mikrorobota
Postęp w dziedzinie miniaturyzacji robotów jest zauważalny, ale jednocześnie stanowi wyzwanie technologiczne. Chodzi w tym przypadku o zasilanie. Trudno bowiem, aby bateria była większa od samego zasilanego przez nią urządzenia. Z tym wyzwaniem postanowili się zmierzyć inżynierowie z MIT. Wykorzystali znany od wielu lat proces utleniania cynku przy pomocy tlenu z powietrza. W efekcie powstało coś niezwykłego – bateria o rozmiarach 0,1×0,002 mm, która wytwarza prąd o napięciu do 1 V, co zupełnie wystarcza do zasilenia niewielkiego obwodu elektrycznego, czujnika lub aktuatora. Optymalizacja takiej baterii umożliwi zasilanie całego szeregu mikrorobotów i uczynienie ich w pełni autonomicznymi, niezależnymi od zewnętrznych źródeł zasilania. Zespół z MIT zaprojektował już szereg czujników opartych m.in. na dwusiarczku molibdenu oraz nanorurkach węglowych, które mogą być używane do wykrywania zmian stężeń określonych związków chemicznych w otoczeniu.
Szkło chalkogenkowe samo się naprawi
Takie szkło to materiał o właściwościach zbliżonych do zwykłego szkła, ale znacznie lepiej transmitujący promieniowanie podczerwone. Dlatego znajduje coraz szersze zastosowanie w optyce i elektronice (m.in. światłowody). W wielu przypadkach można nim zastąpić znacznie droższy german. Ogólnie mówiąc, szkło jako materiał jest substancją niezwykle pożyteczną, dlatego trwają poszukiwania jego zamienników nadających się do coraz bardziej wyrafinowanych celów. I tu na scenę wchodzi szkło chalkogenkowe, czyli zawierające pierwiastki z grupy chalkogenów – tlen, siarkę, selen, tellur czy polon. Grupa prof. Kathleen Richardson z Alfred University (USA), przygotowując materiały do obwodów stosowanych w satelitach, mieszała w odpowiednich proporcjach takie pierwiastki jak siarkę, german i antymon. Otrzymane szkła były testowane w warunkach mogących występować w kosmosie, m.in. na odporność na wszechobecne tam promieniowanie gamma. Badania wykazały, że promieniowanie to uszkadzało szkło – powodowało mikroskopijne defekty wynikające ze słabych wiązań między atomami. Ale najdziwniejsze nastąpiło później, bo po 30 dniach defekty znikały, a szkło wracało do pierwotnej formy. Dokładny mechanizm tego procesu nie jest znany. Niemniej uczeni uważają, że zjawisko to może posłużyć m.in. do stworzenia prostych czujników promieniowania.
Interfejs mózg–komputer – nadzieja dla chorych na ALS
Badania nad możliwością bezpośredniego połączenia ludzkiego mózgu z komputerem budzą w ostatnich latach sporo kontrowersji, ale są też postrzegane jako nadzieja w medycynie. Bardzo ciekawe wyniki zaprezentowali ostatnio neuronaukowcy z University of California w Davis (USA). Zajęli się przypadkiem pacjenta cierpiącego na ALS, czyli stwardnienie zanikowe boczne. Jest to nieuleczalna choroba neurodegeneracyjna, objawiająca się na początku zanikami mięśni, niedowładem spastycznym, ale także problemami z mową (przy zachowaniu pełnej sprawności umysłowej). Znaną osobą chorą na ALS był fizyk Stephen Hawking.
Stworzony przez uczonych z Kalifornii interfejs pozwala przechwytywać słowa „pomyślane” przez pacjenta, przekazywać sygnały elektryczne do komputera i przetwarzać je na mowę. Umożliwia to komunikację z osobą, której stan fizyczny na to nie pozwala. Pierwszym testowanym pacjentem jest 45-letni mężczyzna chory od kilku lat. Wyniki badań były doskonałe. Po półgodzinnym treningu system przekazywał 50 słów z dokładnością 99,6%. Obecnie prowadzone testy zawierają zestaw 125 tys. słów, które są rozpoznawane z dokładnością 97%. Pacjenci (teraz jest już ich kilku) wypowiadają się o badaniach w samych superlatywach.
Nowe zastosowania koncentratorów światła
Luminescencyjne koncentratory światła zostały zaprojektowane już w latach 70. XX w. Materiały o właściwościach luminescencyjnych pozwalają na zbieranie światła, nawet tego rozproszonego, koncentrowanie i dostarczanie go wprost do ogniw fotowoltaicznych. Zespół z Ritsumeikan University (Japonia) stworzył system koncentratorów zbliżony kształtem do zwykłego liścia, który okazał się bardzo efektywny w gromadzeniu energii słonecznej. Dzięki takiej właśnie konstrukcji unika się typowego dla małych koncentratorów rozproszenia (a więc utraty) części fotonów. Istotą tego wynalazku jest system modularny – koncentratory o niewielkich rozmiarach zbierają fotony słoneczne, a następnie przekazują je do światłowodów, które z kolei transportują je wprost do ogniw fotowoltaicznych.